Диссертация (1150176)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиМИЛЯЕВАОльга ЮрьевнаДИНАМИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТЫЕ ВОЙСТВА РАСТВОРОВ КОМПЛЕКСОВ БЕЛКОВ ИПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ.Специальность 02.00.11 – коллоидная химияи физико-химическая механикаНаучный руководитель:д.х.н. Носков Борис АнатольевичДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург2015ОглавлениеВведение…………………………………………….…………………………………..4I.Обзор литературы……………………………………………………………………...9I.1. Строение белков …………………………………………………………………..9I.2.
Химическая денатурация глобулярных белков…………………………....…...12I.3. Образование комплексов белок/полиэлектролит в растворе…………………18I.4. Поверхностные свойства растворов белков…………………………………….23I.5. Кинетика адсорбции белков……………………………………………………...26I. 6. Дилатационная поверхностная вязкоупругость раствороввысокомолекулярных соединений…………………………………………………...31I.7. Применение дилатационной поверхностной реологии к растворам белков и ихсмесей с денатурантами различной химической природы…………........................38I.8. Поверхностные свойства растворов смесей белков и полисахаридов………..43II.Методы измерений и исследуемые растворы ...………………………..…...............47II.1.
Измерение поверхностного натяжения…………...……………….……............47II.2. Измерение динамической поверхностной упругости…………………………47II.3. Эллипсометрические измерения………………………………………………..51II.4. Исследование морфологии поверхностных пленок…………………………...55II.5. Определение размеров наночастиц в водном растворе……………………….57II.6. Используемые реактивы………………………………………………………...58III.Динамические поверхностные свойства растворов смесей β-казеин-ПНИПАМ...60IV.Динамические поверхностные свойства растворов комплексов глобулярныхбелков и полиэлектролитов………………...………………………………………….68IV.1. Динамические поверхностные свойства растворов комплексовБСА/ПДАДМАХ…………………………....................................................................68IV.2. Динамические поверхностные свойства растворов комплексов БСА/ПСС...76IV.3. Динамические поверхностные свойства растворов комплексовлизоцим/ПСС………………………………………………………………………….84IV.4.
Динамические поверхностные свойства растворов комплексовлизоцим/ПДАДМАХ………………………………………………………………….902V.Динамические поверхностные свойства растворов комплексов глобулярныйбелок/полиэлектролит/ГХГ………………………………………………………………….97VI.Кинетика адсорбции комплексов глобулярный белок/полиэлектролит...............106VII.Динамические поверхностные свойства растворов комплексовфибриноген/полиэлектролит……………………………………………………………….109VII.1. Динамические поверхностные свойства фибриногена…...………………..109VII.2. Динамические поверхностные свойства растворов комплексовфибриноген/ПСС…………………………………………………………………….111VII.3.
Динамические поверхностные свойства растворов комплексовфибриноген/ПДАДМАХ…………………………………………….………….…...115Выводы……………………………………………………………………..………………..123Литература…………………………………………………………………………………..1253Введение.Исследованиевзаимодействиябелковиполиэлектролитовврастворахпредставляет важную задачу, как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения[1]. Подбирая компоненты и меняя их концентрации можно получить широкий наборсистемсразличнымисвойствами[2,3].Разнообразиекомплексовбелковиполиэлектролитов в растворе обуславливает широкий круг практических примененийэтих систем используемых в качестве биокатализаторов [4], биосенсоров [5,6], дляразделения и очистки белков [7,8], направленной доставки лекарств [9].
В большинстверабот по растворам комплексов белков и полиэлектролитов исследуются объемныефазы. Информация о поверхностных свойствах растворов смесей белок-полиэлектролитв литературе практически отсутствует. В то же время изучение конформационныхпереходов белковых глобул на границе раздела флюидных фаз в присутствииполиэлектролита представляется важным по нескольким причинам. Во-первых, припрактическом применении смесей белков и полиэлектролитов обычно приходитсясталкиваться с дисперсиями и тонкими пленками, устойчивость и динамика которыхопределяютсяповерхностнымиконформациеймакромолекулреологическимиу межфазнойсвойствами,границы.и,Во-вторых,следовательно,большинствобиохимических процессов в клетке происходит у клеточных мембран.
Поэтому особоезначение приобретает изучение конформационных переходов белковых молекул вадсорбционных и нанесенных поверхностных пленках [10]. Поскольку биологическиефункции белков во многом определяются их структурой, поэтому изучение физикохимических процессов, приводящих к изменению во вторичной и третичной структуребелка у межфазной границы, представляет одну из важных задач современнойколлоидной химии.Биологическая активность белков в составе рассматриваемых комплексов можетзависеть от химической природы полиэлектролита. В ряде случаев наблюдаютсяизменения вторичной и третичной структуры, аналогичные изменениям, возникающимпри действии денатурантов и поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Этот выводоснован на экспериментальном исследовании растворов смесей белок-полиэлектролит спомощьюмалоугловогорассеяниянейтроновирентгеновскихлучей[3,11],дифференциальной сканирующей калориметрии [12]. Объемные свойства растворов4комплексов белок/полиэлектролит изучались также с помощью нефелометрическоготитрования [3,8], статического и динамического рассеяния света [13,14], различныхвидов молекулярной спектроскопии [15,16].
Близкие методы применяются также дляисследования свойств растворов смесей белков с веществами, вызывающимиразрушение их третичной и вторичной структур. Несмотря на длительное изучение,механизм денатурации белков под действием ПАВ и других денатурантов, остаетсяпредметомдискуссииденатурирующее[17–25].действие,Межфазнаянапример,границатакжеразворачиваниеможетбычьегооказыватьсывороточногоальбумина (БСА) в поверхностном слое протекает при заметно меньших концентрацияхденатуранта, чем в объемной фазе [26].
Часто предполагается, что глобулярнаяструктура белка разрушается при адсорбции на поверхности жидкости и в отсутствииденатурантов [27]. В пользу этого вывода свидетельствует потеря активности некоторыхэнзимов после их адсорбции на водной поверхности, низкая скорость адсорбции белкови образование прочной поверхностной сети межмолекулярных связей [28–30]. С другойстороны,спомощьюинфракраснойрентгеновских лучей и нейтроновФурье-спектроскопии,методаотражениябыло показано, что третичная структура в ходеадсорбции меняется незначительно [31–35]. Возникающие противоречия междувыводамиразличныхавторов,очевидно,связанысограниченнымнаборомэксперименальных методов, позволяющих получить информацию о конформационныхпереходах макромолекул в поверхностном слое.Недавно было показано, что методы дилатационной поверхностной реологиипозволяют определить основные стадии формирования адсорбционной пленкимакромолекул, в частности, переход от тонкой почти двумерной поверхностной плѐнкик трехмерной структуре большей толщины в результате образования петель и хвостов(дальней области поверхностного слоя) [36,37].
Этот переход сопровождаетсяобразованием локального максимума на кинетической зависимости дилатационнойповерхностнойупругости.Применениеметодовдилатационнойповерхностнойреологии к растворам синтетических полиэлектролитов и их смесей с ионогеннымиПАВ позволило обнаружить образование микроагрегатов у межфазной границы [38].Возникновение дальней области поверхностного слоя в ходе адсорбциибылообнаружено для растворов неглобулярных белков и их комплексов с ПАВ [39], а также5для смесей глобулярных белков с мочевиной, гидрохлоридом гуанидина и ионнымиПАВ [26,39–41]. В случае растворов глобулярных белков подобные немонотонныекинетические зависимости динамической поверхностной упругости можно ожидатьтолько в случае, если гибкость макромолекул достаточна для образования петель ихвостов, то есть при разворачивании глобулы.
Это позволяет использовать методыдилатационной поверхностной реологии для исследования механизма адсорбции белковна границе раствор – воздух и разрушения глобулярной структуры белков в процессеадсорбции.Методы поверхностной дилатационной реологии основаны на регистрации откликасистемы на малое механическое возмущение поверхности жидкости. При слабомрастяжении (сжатии) поверхности этот отклик определяется фундаментальнымповерхностным свойством системы – динамической дилатационной поверхностнойупругостью. Если в системе протекают процессы релаксации механических напряжений,то эта величина оказывается комплексной, и зависит как от равновесных поверхностныхсвойств, так и от кинетических коэффициентов химических и физико-химическихпроцессов в поверхностном слое, что позволяет применять методы поверхностнойреологии для исследования кинетики различных процессов у межфазной границы.В данной работе описанный выше подход применяется к растворам смесей белкови полиэлетролитов.
Микроскопия атомных сил и эллипсометрия позволяют получитьдополнительную информацию о структуре адсорбционных пленок, что облегчаетинтерпретацию данных дилатационной поверхностной реологии. Исследуемые белкисущественно различаются по своей структуре. Лизоцим и БСА – типичные глобулярныебелки, отличающиеся размерами и зарядом глобул при нейтральном рН. Молекулафибриногена состоит из нескольких последовательно соединенных доменов, из-за чегоона имеет вытянутую форму. Различие в структурной организации данных белковсказывается на их взаимодействии с полиэлектролитами.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
